贝氏麦发明底吹空气炼钢法迄今已经150年。在他发明用冷风吹炼溶解金属的当时就曾指出,使用氧气是合理的。但由于当时条件限制,未能兑现。在二次世界大战期间Durrer与 Hullbruegge试验在熔池上设置水冷喷枪深吹熔池,由于深吹引起氧枪粘结而毁坏,这种试验后来被奥地利人实验用于他们的工厂,他们放弃深吹,把枪位抬高,在熔池表面进行吹炼。于是,诞生了至今被广泛应用的LD法。同时氧气转炉炼钢成为目前世界上最主要的炼钢方法。
顶吹法问世后,其发展速度很快。到1986年出现氧气底吹法时为止,全世界的顶吹法产钢能力已达到2.6亿吨,成为世界主要炼钢方法。自1970年后,新的氧气底吹法得到了稳步发展。它的出现是由于发明了用碳氢化物保护的双层套管式底吹氧枪的结果。各种类型氧气底吹法(OBM,Q-BOP,LWS)在实际生产中所显现出来的许多优越于顶吹法之处,促使人们重新认识和评价“埋入深吹”法在冶金上的合理性。于是,使一直居于首位的顶吹法受到挑战和冲击。
用氧气射流从熔池上部穿过渣层来搅拌熔池,即便是采用超音速,也很难满足冶金动力学方面的要求、这一点早在五十年代顶吹法出现的初期,人们就对之有所认识。在当时曾诞生过Kaldo法和Ro+or法,此两种方法通过炉身转动能使渣-钢得到良好混合,有许多顶吹法难比的优点。后只是由于炉衬寿命太低以及设备复杂,维修费用高,才于1980年以前逐步为顶吹法代替。
顶吹法的主要冶金特点在于:
(1)纯氧气流股从上面向下吹入熔池而形成凹坑冲击反应区(又称高温区),是铁液中各元素氧化反应主要地点。
(2)由于穿过渣层的氧气射流能量损失很大,穿透深度有限,对熔池搅拌也是有限度。因此,造成熔池在成分、温度上的很大差异,并且影响化学反应速度。
(3)在氧气流股作用下,金属-渣-气乳液渣或者泡沫渣,有利化渣和冶炼前期[Si][P][Mn]等元素氧化,但也会引发喷溅反应。
(4)依据喷枪位置不同,能将炉内部分CO烧成CO2,可适当提高废钢比。
基于这些特点,于是有渣中含铁高、钢水含氧高、废气铁尘损失大和冶炼超低碳困难的缺点。一般说,应用顶吹法可以成功的冶炼中碳钢和低碳钢,耗氧量为55m3/t,供氧强度可达3~3.5 m3/min/t。
底吹法的主要冶金特点在于:
(1)纯氧气流股由炉底喷嘴向上吹入熔池,因此高温反应区是在熔池下半部靠近底枪喷嘴附近,它是铁液中各元素氧化反应的主要地方。
(2)由于从炉底喷吹氧气,对于熔池搅拌效果好于LD转炉,因此元素氧化速度快,很快达到平衡。
(3)缺少顶吹法在熔池上部形成的乳液渣或者泡沫渣,不易化渣,过程去磷困难不得不在前期进行脱磷,并且底吹同时喷石灰粉,可以冶炼超低磷超低碳钢种。
(4)冶炼过程平稳,无喷溅,氧气利用高。
基于这些特点,使底吹法具有低的渣中含铁,较好的钢水收得率,低的钢水氧化性,和高的残锰回收率,有利于合金的节约,以及容易冶炼超低碳钢,能炼含0.01~0.02%[C]钢,并且不会出现渣、钢氧化现象。但是由于用碳氢化合物冷却喷嘴,钢水含[H]偏高,需要在停吹后吹惰性气体清洗。一般说,底吹法的供氧强度比较高,可以达到4.0-4.5 m3/min/t,吹炼时间比较短。
基于两种方法在冶金上显现出来的明显差别,1970年后,西德、美国、法国、比利时、瑞典以及日本相续投产氧气底吹转炉给顶吹法以很大冲击,促使人们去着手研究联合两种方法优点的顶底复合吹炼法。
——本文摘自论文文献综述